JJF 1999-2022 转子式流速仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范2转子式流速仪校准规范ts8发布 7实施国家市场监督管理总局 发布2转子式流速仪校准规范rts

2归 口 单 位:全国流量计量技术委员会液体流量分技术委员会主要起草单位:重庆市计量质量检测研究院交通运输部天津水运工程科学研究所参加起草单位:水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心重庆华正水文仪器有限公司成都赫泰智能科技有限公司重庆兆洲科技发展有限公司本规范委托全国流量计量技术委员会液体流量分技术委员会负责解释本规范主要起草人:张泽宏重庆市计量质量检测研究院)戚宁武重庆市计量质量检测研究院)窦春晖交通运输部天津水运工程科学研究所)参加起草人:史占红水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心)李金建重庆华正水文仪器有限公司)张俊成都赫泰智能科技有限公司)刘勇重庆兆洲科技发展有限公司)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语和计量单位………………………1术语…………………2计量单位……………4概述……………………5计量特性………………6校准条件………………1环境条件……………2校准用介质…………3校准原理和装置……………………7校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2校准方法……………8校准结果表达…………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)1)2)3)3)3)4)4)5)5)5)8)8)附录A 校准记录的参考格式脉冲式流速仪)……

9)附录B 校准证书的内页)参考格式脉冲式流速仪)…………

)附录C 校准记录的参考格式直显式流速仪)……

)附录D 校准证书的内页)参考格式直显式流速仪)…………

)附录E 测量不确定度评定示例………

)Ⅰ引 言0国家计量校准规范编写规则1通用计量术语及定义2测量不确定度评定与表示》共同构成本校准规范制定工作的基础性系列文件。本规范参照O7水文测验 直线明槽中流速仪的校准》-t)和T8直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法T9转子式流速仪,并结合国内各类流速仪的生产、使用和校准现状进行制定,主要的技术指标与国际标准和国家标准相一致。本规范所用术语,除在本规范中专门定义的外,均采用1通用计量术语及定义》和4流量计量名词术语及定义本规范为首次制定。Ⅱ转子式流速仪校准规范范围本规范适用于直线明槽中转子式流速仪以下简称流速仪的校准。引用文件9转子式流速仪7水文仪器术语及符号8直线明槽中的转子式流速仪检定校准方法O7水文测验 直线明槽中流速仪的校准nt)凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本规范凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改单适用于本规范。术语和计量单位术语7界定的以及下列术语和定义适用于本规范。转子式流速仪ts具有一个转子的流速仪,转子绕着与水流方向垂直的竖轴或与水流方向平行的水平轴转动,其转速与周围水流的流速成单值对应关系。起转速度y使转子开始连续稳定转动的最低水流速度。临界速度y流速仪检定曲线图中,低速曲线部分过渡到直线部分的转折点处的水流速度。仪器常数t与流速仪转子结构和摩阻力有关的附加系数。水力螺距 wh在静水中,转子每转一周所推进的距离。计量单位 。流速仪计量单位名称及符号表示见表1表1计量单位名称及符号量的名称单位名称符号流速米每秒s长度米m时间秒s1概述工作原理流速仪是依靠水流对流速仪转子的动量传递而进行工作的。

当水流流过流速仪转子时,水流的直线运动能量对转子产生转矩,此转矩克服转子的惯量、轴承等内摩擦,以及水流与转子之间相对运动引起的流体阻力,从而使流速仪转子转动。在一定水流速度范围内,流速仪转子转速与水流速度呈现比较稳定的近似线性关系。通过测量转子在预定时间内的转数,就可得到水流速度。用途流速仪是用来测定水流流动速度的计量器具,

是水文监测、

江河流量监测

、农业灌溉、市政给排水、工业污水等行业明渠管道流速或流量测量的一种便携式测量仪表。结构及分类流速仪结构主要包括转子结构、

支承结构、

发信结构、

定向结构,

以及计数部分、悬挂部分及特殊附件如测杆、信号传输线、悬索和铅鱼等。流速仪按照结构型式主要分为两大类旋杯式流速仪以旋杯作为转子的流速仪,见图和旋桨式流速仪以旋桨作为转子的流速仪,见图。流速仪按照显示方式主要分为两大类:脉冲式流速仪和直显式流速仪。脉冲式流速仪是以脉冲计数的流速仪,通过测量一段时间内的脉冲数进行流速测量。直显式流速仪是在仪器内设置好校准公式和测速历时等参数,通过二次仪表直接显示流速值进行流速测量。本规范针对这两种类型的流速仪采用不同的校准方法和数据处理。图1旋杯式流速仪结构图尾翼部件接尾杆转轴发信结构旋杯部件2图2旋桨式流速仪结构图尾翼部件固尾螺丝固紧螺帽身架部件发信结构旋桨部件计量特性对于脉冲式流速仪,用流速点检测车车速与其拟合直线之间的相对误差绝对值作为每个流速点的示值相对误差绝对值。在测速范围内,直线方程部分其最低速度不低于临界速度以某一速度级内各流速点的示值相对误差绝对值的平均值来表示该速度级误差。对于直显式流速仪,用显示流速与实际流速检测车车速的相对误差作为每个流速点的示值相对误差。( 脉冲式流速仪直线方程测速范围的误差要求见表。直显式流速仪的相对误差要求取其绝对值也可参考表

表2流速仪误差参考表/)k5555平均相对误差5005注.速度级是根据流速仪的测量原理和计量性能来区分的速度分段。为临界速度。平均相对误差是以各速度级各流速点相对误差绝对值的平均值来表示。对于使用低速曲线指低于的流速范围)的流速仪,低速曲线部分各流速点的相对误差绝对值应不大于5;当流速小于3s时,各流速点相对误差的绝对值应不大于2。以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。校准条件环境条件校准流速仪的环境条件如下:)温度℃。3相对湿度:不超过5。其他影响量:电源、振动、大气中水汽凝结和气流及磁场等因素对校准结果产生的影响应可以忽略。校准用介质校准用介质一般采用无油污水,水温℃。校准原理和装置在横断面均匀一致的直线明槽中校准原理在横断面均匀一致的直线明槽中

、无纤维直线行驶的检测车以某一稳定速度牵引流速仪,直线行驶的检测车以某一稳定速度牵引流速仪

无导磁性颗粒及其他可见颗粒等物质的清洁,使固定安装在测杆上的流速仪在明槽静水中行进,通过测定检测车的速度和流速仪转子转率或显示流速从而获得流速仪校准公式或相对误差。流速仪校准时需要同时测量以下3个参数:检测车行进距离指稳定速度段内时间含检测车行进时间和流速仪信号输出时间流速仪信号流速仪转子转率或显示流速。校准用设备直线明槽直线明槽的规格大小以及流速仪在明槽截面的相对位置必须综合考虑,果不受影响。

使得校准结检测车及轨道系统检测车可采用拖曳式和自推进式两种驱动方式

,推荐使用自推进式检测车

。车上装有电动驱动设备,经传动系统使检测车沿轨道运行,车上应有自动调速系统保证车速稳定。检测车应在直线明槽中水面上方的两条平行轨道上运行。轨道应保持清洁,无锈迹、油污等。在校准操作过程中,流速仪固定在检测车的挂杆上并淹没在指定深度的水中,同时能够以恒定速度在轨道的测量段上平稳运行。距离测量测量距离的两种最常见的方法如下:沿明槽行进方向建立由机械或光学脉冲发射器驱动规律性的光栅。使用带有机械或光电脉冲发射器光学编码器的测量轮,通过牵引车沿着轨道进行距离测量。应确保检测车在行驶过程中不产生滑动。时间测量常见的时间测量方法是用电子时钟进行测量,用的时间,并与流速仪的信号进行关联。

它可以测量小车运行通过一定距离所流速仪信号测量为了测量流速仪的信号,

应在检测车上安装合适的记录装置。对于脉冲式流速仪,一般情况下可以使用计数装置对从流速仪接收的信号进行计数,在测量给定时间内的流速仪转数时,重要的是在流速仪信号上的相同点之间进行4测量。应确保没有信号被遗漏。对于直显式流速仪,一般情况下可以直接采用视频采集的方式进行数据读取。校准用设备明细表 。流速仪校准用设备可参考表3表3校准用设备参考表序号设备名称技术要求用途1直线明槽长不低于0、宽和深不低于7。轨道准确度应不低于T8中表2规定的二级要求用于小车运行2光栅或测量轮最大允许误差:1m测量距离3计时仪最大允许误差:s测量时间4计数装置测量不确定度应不大于1 )测量信号5温度计分度值不大于1℃测量水温6倾角仪最大允许误差不超过°测量流速仪安装的水平偏角注:直线明槽的规格应充分考虑检测车的加速段、稳定段、测量段和制动段,主要由校准流速仪的类型、检测车的设计方案、信号传输和测量方法等决定。本参考表中直线明槽装置中,小车采用自推进方式,设计最高速度为6。校准项目和校准方法校准项目对于脉冲式流速仪,校准项目为流速仪的校准公式和各速度级误差。对于直显式流速仪,校准项目为流速仪流量点的相对误差。校准方法校准前准备在流速仪浸没水中之前,应检查清洁、润滑和机械电子类部件的功能。流速仪应按流速仪厂家的规定进行安装悬挂,且和流速仪工况状态保持一致。将被检流速仪固定在测杆上,测杆固定在小车上,必须牢固可靠。流速仪入水时应缓慢进行,以免扰动水体。流速仪水平轴向应与明槽轨道平行。流速仪入水深度应使水面影响可忽略不计,对于旋桨式流速仪,浸入深度为旋转元件直径的两倍到旋转轴的液位)以上;对于旋杯式流速仪,浸入深度应至少为3m或转子高度的5倍取两者中较大值。流速仪安装时,其水平轴应与直线明槽轨道相平行,水平偏角应不大于。如果测量装置上同时有几个流速仪校准,应注意不能互相干扰,并确保在相同的条件下进行校准和测量。5观察流速仪的起转速度,起转速度应比测速范围的下限值至少低0。如果起转速度达不到要求,建议维修后再进行校准。根据流速仪测量原理和使用说明书等,确定流速仪流速点方案。注新购置的或者较长时间没有使用的流速仪,在送校前应用溶剂汽油清洗,加注规定的仪表油,确保仪器能灵敏且稳定旋转;检查仪器发信结构,确保信号输出无异常。校准测量相关要求流速点取点原则一般情况下,流速仪流速点速度取值应符合以下要求:在低速范围流速不超过5相邻两流速点的速度间隔可取不超过5对于需要低速曲线的流速仪,相邻两流速点速度间隔可取2~4。在中速范围流速在55相邻两流速点的速度间隔可取15。在高速范围流速在5s以上相邻两流速点的速度间隔可取5~1。注对于需要线性校准的脉冲式流速仪,在线性段的流速点速度一般不低于临界速度临界速度由说明书获得。流速点数量根据流速仪测速范围和校准装置测量范围,

确定最高校准速度

。为保证拟合数据的可靠性,拟合公式的流速点数量的选取一般不少于表4的规定。表4流速点数量选取最高校准速度/)km5m5m5m5流速点数量/个0246注:为最高校准速度。也可根据用户需求进行流速点速度和流速点数量的选择。测量次数对于脉冲式流速仪,一般情况下每个流速点测量1次。对于直显式流速仪,一般情况下每个流速点测量不少于5次且每次采集时间间隔不低于。静水时间每次测量完成后需等待水静止后再进行下一次测量,

一般情况下校准流速自低而高进行。水静止所需时间取决于明槽的规格、上次校准速度、消波装置以及流速仪体积和测杆大小截面形状等,静水时间方案由校准实验室根据实际情况进行制定。校准程序流速仪安装完成后设置检测车的车速启动检测车使流速仪在静水中直线运动。在检测车匀速阶段内,记录检测车的车速i。6流速仪数据测量如下:对于脉冲式流速仪,在检测车匀速阶段内,测量流速仪的脉冲数和所用的时间,得到测速历时i和测速历时内脉冲数量i,计算流速仪转子转率i。从而得到该流速点的校准数据ii。对于直显式流速仪在检测车匀速阶段内通过多次采集一般不低于5次,且采集时间间隔不低于获得流速仪显示流速12,…j。重复以上步骤进行下一个流速点的测量。数据处理对于脉冲式流速仪校准公式对于脉冲式流速仪

,采用最小二乘法,

使用流速点的校准数据

i

i)

拟合得到NN流速仪的仪器常数a和水力螺距,分别见式)和式NNi2 1-N

iNia=1i 1

121

)NNi2NN

1-

i21i

1

12NiN 1-N

1Nb=1i1

1i1

)NNi2NN

1-

i21i 12 12转子转率i由采集到的脉冲数量和测速历时获得,见式i=δi

)式中:a —仪器常数一般取4位有效数字,;b —水力螺距一般取4位有效数字,;N—参加计算的总测量点数;i检测车车速,;δ 每个脉冲表示的转数;i测速历时内的脉冲数量;i测速历时。由此可以得到被校流速仪的校准公式,见式

: ()各流速点的相对误差绝对值计算各流速点的相对误差绝对值

V,计算方法见式

4:式中:

i=iii

0 )i某流速点的相对误差绝对值;7i将转子转率代入校准公式计算得到的速度,;i直线明槽装置中检测车车速,。各速度级的平均相对误差各速度级的平均相对误差为该速度级下各流速点相对误差绝对值的平均值方法见式

,其计算σ=1'δ

)式中:

k 1jk某一速度级的平均相对误差;该速度级中的流速点数;j该速度级下某流速点的相对误差绝对值。注如用户需要,可提供低速n曲线或者低速检定点ii)数据表。对于直显式流速仪N对于直显式流速仪,每个流速点的相对误差计算见式。Nji=

j=1NV

i

0 )i式中:i某一流速点的相对误差;N该流速点测量次数N;j流速仪显示流速,;i该流速点的检测车车速,。校准结果表达原始记录和校准证书格式见附录A~附录D。复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议流速仪的复校时间间隔不超过1年。8附录A校准记录的参考格式脉冲式流速仪)校准申请单位申请单位地址装置名称制造单位型号规格装置编号准确度校准地点环境温度相对湿度校准日期校准人员核验人员校准依据校准所使用的主要计量器具:名 称测量范围编号技术特征证书号有效期至校准结果:校准介质及温度:序号)流速点车速)/)脉冲数i测速历时s转率/)计算速度/相对误差绝对值/速度级平均相对误差/1k5234567589019序号)流速点车速)/)脉冲数i测速历时s转率/)计算速度/相对误差绝对值/速度级平均相对误差/2534556校准结果:临界速度k: 、每个脉冲信号代表的转子转数: ):校准公式V;式中V为流速n为转子转率、仪器常数a=、水力螺距m:公式适用范围: ~ s校准结果的扩展不确定度序号1234567890/)扩展不确定度/0附录B校准证书的内页)参考格式脉冲式流速仪)校准依据:校准环境条件:环境温度: ℃:相对湿度: :其他: 校准所用主要标准器具:名称:测量范围:不确定度:有效期至: 年 月 日校准结果流速仪校准公式Vn注v为流速n为转子转率。仪器常数= s水力螺距m公式适用范围: ~ )s平均相对误差及校准结果不确定度:/)k5555平均相对误差/校准结果的扩展不确定度序号/)扩展不确定度/备注]临界速度vk:每个脉冲信号代表的转子转数校准介质: 温度:1附录C校准记录的参考格式直显式流速仪)校准申请单位申请单位地址装置名称制造单位型号规格装置编号准确度校准地点环境温度相对湿度校准日期校准人员核验人员校准依据校准所使用的主要计量器具:名 称测量范围编号技术特征证书号有效期至校准结果:校准介质及温度:校准结果:序号流速点车速)/)流速仪显示值/)相对误差/校准结果不确定度Ur/1234512345678902附录D校准证书的内页)参考格式直显式流速仪)校准依据:校准环境条件:环境温度: ℃:相对湿度: :其他:校准所用主要标准器具:名称:测量范围:不确定度:有效期至: 年 月 日校准结果:序号/)相对误差/校准结果不确定度/1234567890备注]校准介质: 温度:3附录E脉冲式流速仪测量模型

测量不确定度评定示例系数b以及它们的估计方差和协方差在残差平方系数b以及它们的估计方差和协方差在残差平方采用最小二乘法拟合得到流速仪的校准公式为式

( )van根据最小二乘法的计算条件,根据最小二乘法的计算条件

1∑和Q最小时得到测量点数量为N见式∑Q= iai2 )=D可以得到两个系数的实验方差以及相关系数,见式)~式=D)

22

):N2:N2iD=-其中2和D的计算见式)和式N 2=∑iaiN

)))不确定度分量

DN∑i2 ),最小二乘法计算带来的不确定度分量根据测量模型以及不确定度传播律通用公式,乘法计算带来的不确定度分量为:

略去展开式中的高阶项,

得到最小二22N2n2i=22N2n2iDDDDiDiD2 N-n i =

)校准装置带来的不确定度分量

( ,实验室所用直线明槽装置的相对扩展不确定度为标准装置带来的不确定度分量为:

k=2

可以得到直线明槽)v )=24合成标准不确定度,,=)

由校准公式计算得到流速值的校准结果

,其校准结取包含因子

得到扩展不确定度为:U)k) )校准结果不确定度示例用一个旋桨式流速仪该流速仪每个脉冲表示5转)为例,其校准数据见表。表1脉冲式流速仪校准记录序号)流速点车速)/)脉冲数i测速历时s转率/计算速度/)相对误差绝对值/速度级平均相对误差/1k5215433123866033178827482281157779046274581752249594817276693845010538873130453225239674731426394018127采用正文中最小二乘法拟合公式计算得到仪器常数0、水力螺距=3,则流速校准公式为: ( )vn本次校准所用直线明槽装置的相对扩展不确定度为5

2。将所得数据代入各流速点测量的不确定度式中进行计算,得到各测量点校准的不确定度计算结果,见表2第3列。计算得到该流速仪各流速点校准结果的扩展不确定度,见表2第4列。5表2各流速点校准不确定度序